Процес виробництва нанорозмірних інтегральних схем - (фотолітографія)

Вступ до технології фотолітографії

Історія розвитку технології фотолітографії

Відтоді як 12 вересня 1958 року Джек С. Кілбі винайшов першу в світі інтегральну схему, інтегральні схеми переживали швидкий розвиток протягом понад 50 років. Мінімальна ширина лінії тепер становить від 20 до 30 нм. часу, входячи в глибокий субмікронний діапазон. Технологія фотолітографії, одна з ключових технологій, також еволюціонувала від початкового використання збільшувальних лінз, подібних до тих, що використовувалися у фотообладнанні, до сучасної цифрової апертури занурення типу 1,35, яка має можливість автоматично контролювати та регулювати якість зображення з діаметром більше півметра і вагою півтонни. набір гігантських лінз. Функція фотолітографії полягає в тому, щоб шар за шаром друкувати схеми напівпровідникових схем на кремнієвих пластинах. Його ідея походить від багаторічної технології друку. Різниця полягає в тому, що друк записує інформацію за допомогою чорнила для зміни світловідбивної здатності паперу. , тоді як фотолітографія використовує фотохімічну реакцію світла та світлочутливих речовин для досягнення змін контрасту.

Технологія друку вперше з’явилася в кінці династії Хань у Китаї. Понад 800 років потому Бі Шен з династії Сун зробив революційні вдосконалення та перетворив друк нерухомих блоків у друк рухомих шрифтів, який потім швидко розвивався. В даний час розроблена технологія лазерного фотонабору. «Фотолітографія» в нинішньому розумінні почалася зі спроб Алоїза Сенефедлера в 1798 році. Коли він намагався опублікувати свою книгу в Мюнхені, Німеччина, він виявив, що якщо використовувати масляний олівець для малювання ілюстрацій на пористому вапняку і змочувати незамальовані ділянки водою , чорнило буде приклеєно лише там, де ви малювали олівцем. Ця техніка називається літографія, або малюнок на камені. Літографія була попередницею сучасної багаторазової реєстрації.

Основні методи фотолітографії

Незважаючи на певну схожість, фотолітографія в інтегральних схемах використовує світло замість чорнила, і області з чорнилом і без чорнила стають ділянками зі світлом і без світла на масці. У промисловості виробництва інтегральних схем літографію також називають фотолітографією або літографією. Подібно до того, як чорнило на масляній основі вибірково наноситься на вапняк, світло може проходити лише через прозорі ділянки маски, а проектоване світло записується на світлочутливий матеріал, який називається фоторезистом. Проста схема процесу фотолітографії показана на малюнку 7.1.

Оскільки фоторезист піддається зміні швидкості розчинення в проявнику після впливу ультрафіолетового (УФ) світла, візерунок на масці переноситься на шар фоторезисту на верхній частині кремнієвої пластини. Ділянки, вкриті фоторезистом, можуть забезпечити подальшу передачу візерунка маски шляхом запобігання подальшій обробці (наприклад, травленню чи іонній імплантації).

З 1960 року технологію фотолітографії можна розділити на такі три типи: контактна експозиція, експозиція на близькості та експозиція проекції. Найпершим із них було контактне або безпосереднє опромінення, яке було основним напрямком виробництва до середини-20 століття. Для контактної експозиції, оскільки між маскою та верхньою частиною кремнієвої пластини теоретично немає зазору, роздільна здатність не є проблемою. Однак, оскільки контакт спричиняє дефекти через знос маски та фоторезиста, люди зрештою вибрали експозицію на близькій відстані. Звичайно, при експозиції на близькій відстані, хоча дефектів уникають, роздільна здатність експозиції на близькій відстані обмежена 3 мкм або більше через наявність проміжків і розсіювання світла. Теоретична межа роздільної здатності близького опромінення становить

Серед них

k являє собою параметри фоторезисту, зазвичай між 1 і 2;

CD являє собою мінімальний розмір, тобто критичний розмір, який зазвичай відповідає мінімальній розрізнюваній ширині лінії просторового періоду;

λ означає довжину хвилі експозиції;

g представляє відстань від маски до зазору на поверхні фоторезисту (g=0 відповідає контактній експозиції)

Оскільки g зазвичай перевищує 10мкм (обмежується площинністю поверхні маски та кремнієвої пластини), роздільна здатність значно обмежена, наприклад 3мкм для довжини хвилі освітлення 450 нм. Контактна експозиція може досягати 0,7 мкм.

Щоб подолати подвійну складність дефектів і роздільної здатності, була запропонована схема проекційної експозиції, у якій маска та кремнієва пластина розділені більш ніж на кілька сантиметрів. Оптичні лінзи використовуються для зображення візерунка лінзи на масці на кремнієвій пластині. Оскільки ринок потребує більшого розміру чіпа та суворішого контролю однорідності ширини лінії, експозиція проекції також поступово еволюціонувала від оригіналу

повна експозиція кремнієвої пластини до повної експозиції сканування кремнієвої пластини (див. рис. 7.2 (a))

покрокове та повторне опромінення (див. рис. 7.2 (b))

покрокова експозиція (див. рисунок 7.2 (c))

Метод експонування всієї кремнієвої пластини 1:1 має просту структуру і не вимагає високої монохроматичності світла. Однак, оскільки розмір мікросхеми та розмір кремнієвої пластини стають все більшими й більшими, а ширина лінії стає все тоншою й тоншою, оптична система не може проектувати візерунок на всю кремнієву пластину одночасно, не впливаючи на якість зображення, і опромінення блоків стає неминучим. .

Одним із методів експозиції блоку є метод сканування всієї кремнієвої пластини, як показано на малюнку 7.2 (a). Цей метод безперервно сканує та виставляє візерунок на масці на кремнієву пластину через дугоподібне поле зору. У системі використовуються два сферичних дзеркала з однаковою оптичною віссю, радіус їх кривизни та відстань встановлення визначаються вимогою відсутності аберації.

Однак, оскільки розмір мікросхеми та розмір кремнієвої пластини стають все більшими й більшими, а ширина лінії стає все тоншою й тоншою, експозиція 1x ускладнює виготовлення маски з високою точністю виготовлення візерунків і точністю розміщення.

Тому наприкінці 1970-х років з’явилася машина блокової експозиції зі зменшеним збільшенням. Візерунок мікросхеми по черзі виставляється на кремнієву пластину, як показано на малюнку 7.2 (b). Тому цю систему експозиції зі зменшеним збільшенням називають системою покрокового повторення або степпером.

Однак, оскільки розмір мікросхеми та розмір кремнієвої пластини стають більшими, а контроль ширини ліній стає більш суворим, навіть технічні можливості крокового кроку не можуть задовольнити потреби. Вирішення протиріччя між цим попитом і поточною технологією безпосередньо призвело до народження експонуючої машини з покроковим скануванням, як показано на малюнку 7.2 (c). Цей пристрій є гібридом, який поєднує в собі переваги першої машини для експонування сканування повної пластини та пізнішої машини для поетапної експозиції: маска сканується та проектується, а не проектується відразу, і вся кремнієва пластина також експонується в блоки. Цей пристрій передає оптичні труднощі високому механічному позиціонуванню та контролю. Цей пристрій використовується в промисловості й донині, особливо у виробництві напівпровідникових чіпів із технологічними вузлами 65 нм і нижче.

Основними виробниками літографічних машин у світі є ASML у Нідерландах, Nikon і Canon у Японії та інші виробники неповнорозмірних літографічних машин, наприклад Ultrastepper.

Виробництво вітчизняних прогресивних скануючих літографічних машин почалося із запізненням. Після 2 0 2002 року його в основному розробляла Shanghai Microelectronics Equipment Co., Ltd. (SMEE). Вітчизняні літографічні машини розвинулися від ремонту вживаних літографічних машин до самостійної розробки та виробництва літографічних машин. Найсучаснішою літографічною машиною, яка зараз розробляється, є 193-нм SSA600/20 (див. рис. 7.3). Незважаючи на те, що все ще існує великий розрив із передовим рівнем у світі, слід сказати, що досягнуто приємного прогресу. Його числова апертура становить 0,75, стандартне поле експозиції — 26 × 33 мм, роздільна здатність — 90 нм, точність накладення — 20 нм, а виробнича потужність 300 мм — 80 штук на годину.

Інші способи передачі зображення

Загальновідомо, що одним із напрямків подальшого розвитку фотолітографії є ​​зменшення довжини хвилі. Однак цим зусиллям перешкоджають такі фактори, як розробка відповідних 157-нм фоторезистів, захисних плівок для масок (пленікул) і обсяг виробництва матеріалів для лінз, таких як фторид кальцію (
). Однак за останні 20 років люди вклали багато досліджень у фотолітографію з екстремальним ультрафіолетом (EUV). Ця технологія використовує екстремальне ультрафіолетове світло 13,5 нм, що випромінюється ксеноновою або олов’яною плазмою, створюваною потужними лазерами або високовольтними розрядами. Незважаючи на те, що висока роздільна здатність, яку забезпечує технологія EUV, є дуже привабливою, ця технологія також має багато технічних труднощів, наприклад, дзеркало легко забруднюється бризками, що утворюються під час імпульсу, екстремальне ультрафіолетове світло легко поглинається (що вимагає від системи надзвичайно високий вакуум і мінімальна кількість відбиваючих лінз), суворі вимоги до маски (відсутність дефектів і висока відбивна здатність), відблиски, викликані короткою довжиною хвилі, швидкість реакції фоторезисту та роздільна здатність тощо.

Окрім використання традиційного світла для передачі візерунка маски, люди також шукають інші методи мікролітографії, такі як рентгенівське випромінювання, нановідбиток, багатоелектронний промінь прямого запису, електронний промінь, проекція іонного променя тощо.

Системні параметри фотолітографії

Довжина хвилі, числова апертура, середній показник заломлення простору зображення

Раніше згадувалося, що роздільна здатність експозиції на близькості швидко погіршується зі збільшенням відстані між маскою та кремнієвою пластиною. У методі проекційної експозиції оптична роздільна здатність визначається за такою формулою, тобто

Серед них
являє собою пропорційний коефіцієнт, що характеризує складність процесу фотолітографії. Взагалі кажучи,
становить від {{0}},25 до 1,0. Насправді це знаменита формула Релея. Згідно з цією формулою, оптична роздільна здатність визначається довжиною хвилі λ, числовою апертурою NA і пов'язаними з процесом
. Якщо вам потрібно надрукувати менший шаблон, використовуйте метод одночасного зменшення довжини хвилі експозиції, збільшення числової апертури, зменшення
значення або змінити один із факторів. У цьому розділі ми спочатку представимо існуючі результати покращення роздільної здатності шляхом зменшення довжини хвилі та збільшення числової апертури. Як покращити роздільну здатність шляхом зменшення
фактор за умови фіксованої довжини хвилі та числової апертури буде обговорено пізніше.

Хоча коротка довжина хвилі може досягти високої роздільної здатності, також слід враховувати кілька інших важливих параметрів, пов’язаних із джерелом світла, таких як інтенсивність світла (яскравість), частотна смуга та когерентність (когерентність буде описана детально пізніше). Після комплексної перевірки ртутну лампу високого тиску було обрано як надійне джерело світла через її яскравість і велику кількість різких спектральних ліній. За допомогою фільтрів різних довжин хвиль можна вибрати різні довжини хвиль експозиції. Здатність вибрати одну довжину хвилі світла має вирішальне значення для фотолітографії, оскільки звичайний степпер вироблятиме хроматичну аберацію для немонохроматичного світла, що призведе до зниження якості зображення. Лінія G, лінія H і лінія I, які використовуються в промисловості, відносяться до спектрів 436 нм, 405 нм і 365 нм, які використовуються експонуючим апаратом відповідно (див. рис. 7.4).

Оскільки оптична роздільна здатність I-line stepper може досягати лише 0.25 мкм, потреба у вищій роздільній здатності підштовхнула довжину хвилі експозиції до коротшої довжини хвилі, як-от спектр Deep UltraViolet (DUV) {{3} }nm. Однак поширення ртутних ламп високого тиску в глибокому ультрафіолеті не є ідеальним не тільки через недостатню інтенсивність, але й тому, що випромінювання в довгохвильовому діапазоні вироблятиме тепло і деформацію. Звичайні ультрафіолетові лазери також не є ідеальними, наприклад аргонові іонні лазери, тому що надмірна просторова когерентність спричинить спекл і вплине на рівномірність освітлення. Навпаки, ексимерні лазери були обрані як ідеальні джерела світла для глибокого ультрафіолету завдяки їхнім наступним перевагам.

(1) Їх висока вихідна потужність максимізує продуктивність літографічної машини;

(2) Їх просторова некогерентність, на відміну від інших лазерів, усуває спекл;

(3) Висока вихідна потужність дозволяє легко розробляти відповідні фоторезисти;

(4) З оптичної точки зору здатність випромінювати глибоке ультрафіолетове випромінювання з вузькою частотою (усього кілька пм) робить можливим розробляти високоякісні повністю кварцові літографічні лінзи.

Таким чином, ексимерні лазери стали основним джерелом світла для освітлення на лініях виробництва інтегральних схем 0.5 мкм і менше, і першу доповідь опублікували Jain et al. Зокрема, два ексимерні лазери, криптон-фторидний (KrF) з довжиною хвилі 248 нм і аргон-фторидний (ArF) з довжиною хвилі 193 нм, показали чудові характеристики з точки зору енергії впливу, пропускної здатності, форми променя, терміну служби та надійності. Тому вони широко використовуються в сучасних літографічних машинах із кроковим скануванням, таких як двоплатформенний Twinscan XT: 1000H (KrF), Twinscan XT: 1450G (ArF) і NSR-S210D (KrF), NSR від Nikon{{11}. }}F (ArF).

Звичайно, люди все ще шукають джерела світла з меншою довжиною хвилі, такі як 157-нм лазер, створений молекулами фтору.
Однак через труднощі з розробкою відповідних фоторезистів, захисних плівок (пеллікул) для масок і обсягу виробництва фториду кальцію з матеріалу для лінз (
), технологія літографії 157 нм може розширити напівпровідниковий процес лише на один вузол, тобто з 65 нм до 45 нм; тоді як попередня розробка технології літографії 193 нм розширила виробничий вузол зі 130 нм до двох вузлів: 90 нм і 65 нм, що призвело до остаточної відмови від зусиль щодо комерціалізації масового виробництва технології 157 нм літографії. Розвиток довжини хвилі експозиції з вузлами процесу показано на малюнку 7.5.

Окрім скорочення довжини хвилі експозиції, ще одним способом покращення роздільної здатності є збільшення числової апертури (ЧА) проекційного/скануючого пристрою.

Де n представляє показник заломлення в просторі зображення, а θ представляє максимальний половинний кут лінзи об’єктива в просторі зображення, як показано на малюнку 7.6.

Якщо середовищем простору зображення є повітря або вакуум, його показник заломлення близький до 1.0 або 1.0, а числова апертура дорівнює sinθ. Чим більший кут нахилу лінзи об’єктива в просторі зображення, тим більша роздільна здатність оптичної системи. Звичайно, якщо відстань між лінзою і кремнієвою пластиною залишається незмінною, чим більше числова апертура, тим більше діаметр лінзи. Чим більший розмір лінзи, тим складніше виготовлення та складніша конструкція.

Зазвичай максимально досяжна числова апертура визначається технологічністю та вартістю виробництва технології об’єктива. На даний момент типова скануюча літографічна машина I-line (Twinscan XT від ASML: 450G) оснащена лінзою з максимальною NA 0.65, яка може розрізняти щільні лінії 22{ {11}} нм і просторовим періодом 440 нм. Найвища числова апертура довжини хвилі фториду криптону (KrF) становить 0,93 (Twinscan XT від ASML: 1000H), що дозволяє розрізняти щільні лінії довжиною 80 нм (просторовий період 160 нм). Найдосконаліша літографічна машина ArF має числову апертуру 0,93 (Twinscan XT від ASML: 1450G), яка може друкувати щільні лінії 65 нм (просторовий період 120 нм).

Як згадувалося раніше, числову апертуру можна збільшити не тільки за рахунок збільшення кута апертури лінзи в просторі зображення, а й за рахунок збільшення показника заломлення простору зображення. Якщо для заповнення простору зображення використовувати воду замість повітря, показник заломлення простору зображення збільшиться до 1,44 на довжині хвилі 193 нм. Це еквівалентно одночасному збільшенню 0.93 NA у повітрі до 1.34 NA. Роздільна здатність покращується на 30–40%. Таким чином, нова ера іммерсійної літографії почалася в 2001 році. Найдосконалішими комерційними машинами для скануючої імерсійної літографії є ​​Twinscan NXT: 1950i від ASML і NSR-S610C від Nikon, як показано на малюнках 7.7 (a) і 7.7 (b). Ситуація з імерсійною літографією буде детально описана пізніше.

Відображення роздільної здатності фотолітографії

Раніше згадувалося, що роздільна здатність фотолітографії визначається числовою апертурою та довжиною хвилі системи, і, звичайно, це пов’язано з методом підвищення роздільної здатності фотолітографії, пов’язаним із фактором
. У цьому розділі в основному описано, як оцінити роздільну здатність процесу фотолітографії. Ми знаємо, що роздільна здатність оптичної системи визначається відомим критерієм Релея. Коли два точкові джерела світла однакового розміру знаходяться близько один до одного, відстань від їх центру до центру дорівнює відстані від максимального значення до першого мінімального значення інтенсивності світла кожного джерела світла, зображеного оптичним приладом, оптична система не може розрізнити, чи це два чи одне джерело світла, як показано на малюнку 7.8. Однак, навіть якщо воно відповідає критерію Релея, інтенсивність світла в області між двома точковими джерелами світла все одно нижча за пікове значення з контрастом близько 20%. Для лінійного джерела світла, коли ширина джерела світла нескінченно мала, для оптичної системи з числовою апертурою NA і довжиною хвилі джерела світла освітлення λ, розподіл інтенсивності світла на площині зображення дорівнює

Тобто інтенсивність світла досягає першої мінімальної точки відносно центрального положення зображення (2NA). I0 представляє інтенсивність світла в центрі зображення. Можна вважати, що мінімальна відстань, яку може розпізнати ця оптична система, становить λ/(2NA). Наприклад, коли довжина хвилі становить 193 нм, а NA – 1,35 (занурення), мінімальна відстань роздільної здатності оптичної системи становить 71,5 нм.

Звичайно, чи означає це для процесу фотолітографії, що можна надрукувати візерунок із просторовим періодом 71,5 нм? Відповідь - ні. Є дві причини:

① Для масового виробництва процес вимагає певної маржі та показників процесу;

② Точність комерційного виробництва всіх машин і обладнання та всебічність продуктивності машини, щоб машина могла друкувати щільні лінії на межі роздільної здатності та окремі візерунки, а також повинна мінімізувати вплив залишкових аберацій на процес.

Для літографічної машини 1,35 NA ASML обіцяє, що мінімальний просторовий період візерунка, який можна створити, становить 76 нм, тобто 38 нм щільних ліній з рівним інтервалом. У процесі фотолітографії гранична роздільна здатність має лише еталонне значення. У реальній роботі ми говоримо лише про те, наскільки великим є вікно процесу в певному просторовому періоді та певній ширині лінії, і чи достатньо його для масового виробництва. Параметри, що характеризують вікно процесу, будуть детально розглянуті в розділі 7.4. Ось короткий вступ. Зазвичай параметри, які характеризують вікно процесу, включають широту енергії експозиції (EL), глибину фокусу або глибину фокусу (DOF), коефіцієнт помилки маски (MEF), точність накладення, однорідність ширини лінії тощо.

Широта енергії експозиції відноситься до максимально допустимого відхилення енергії експозиції в межах допустимого діапазону зміни ширини лінії. Наприклад, для лінії з шириною лінії 90 нм ширина лінії змінюється з енергією на 3 нм/мДж, а допустимий діапазон зміни ширини лінії становить ±9 нм, тоді допустимий діапазон зміни енергії впливу становить 9×2/{ {5}} мДж. Якщо енергія експозиції становить 30 мДж, енергетична широта становить 20% відносно енергії експозиції.

Глибина фокусування, як правило, пов’язана з ефективністю керування фокусуванням літографічної машини. Наприклад, точність керування фокусом літографічної машини 193 нм, включаючи стабільність фокальної площини машини, кривизну поля лінзи, астигматизм, точність вирівнювання та площинність платформи кремнієвої пластини, становить 120 нм. Тоді мінімальна глибина фокусування процесу, який можна масово виробляти, має бути вище 120 нм. Якщо додати вплив інших процесів, таких як хіміко-механічна планаризація, потрібно покращити мінімальну глибину фокусування, наприклад 200 нм. Звичайно, як буде обговорюватися пізніше, покращення глибини фокусування може відбуватися за рахунок запасу енергії.

Коефіцієнт помилки маски (MEF) визначається як відношення відхилення ширини лінії кремнієвої пластини через відхилення ширини лінії на масці до відхилення на масці, як показано у формулі (7-5).

Зазвичай MEF близький або дорівнює 1.0. Однак, коли просторовий період картини наближається до межі дифракції, MEF швидко зростатиме. Занадто великий коефіцієнт помилки призведе до погіршення рівномірності ширини лінії на кремнієвій пластині. Або, відповідно до заданої вимоги до рівномірності ширини лінії, рівномірність ширини лінії маски занадто висока.

Точність накладення зазвичай визначається кроком, точністю синхронізації сканування, контролем температури, аберацією лінзи та стабільністю аберації рухомої платформи на літографічному верстаті. Звичайно, точність накладення також залежить від розпізнавання та точності читання позначки накладення, впливу процесу на позначку накладення, деформації процесу на кремнієвій пластині (наприклад, різні процеси нагрівання, процеси відпалу) тощо. Сучасна літографічна машина може компенсувати рівномірне розширення кремнієвої пластини, а також може компенсувати нерівномірне викривлення кремнієвої пластини, як-от програмне забезпечення GridMapper «відображення сітки», запущене ASML. Він може виправити спотворення сітки експонування нелінійної кремнієвої пластини.

Рівномірність ширини лінії поділяється на дві категорії: однорідність в межах зони експозиції (внутрішнє поле) та однорідність між областями експозиції (міжполе).

Рівномірність ширини лінії в області експозиції в основному визначається однорідністю ширини лінії маски (передається через коефіцієнт помилки маски), стабільністю енергії (під час сканування), рівномірністю освітлення в щілині сканування, однорідністю фокусування/вирівнювання для кожної точки в зоні експозиції, лінзою аберація (така як кома, астигматизм), помилка точності синхронізації сканування (Moving Standard Deviation, MSD) тощо.

Рівномірність ширини лінії між ділянками експозиції в основному визначається стабільністю енергії освітлення, рівномірністю розподілу товщини плівки підкладки кремнієвої пластини на поверхні кремнієвої пластини (в основному через однорідність клейового покриття та рівномірність товщини плівки, викликану іншими процесами), площинністю кремнієвої пластини поверхня, рівномірність випікання проявника, рівномірність розпилення проявника тощо.

Хід процесу фотолітографії

Основний 8-етап процесу фотолітографії показано на малюнку 7.9.

крок01-обробка поверхні HMDS

крок02-Склеювання

крок03-Випікання перед експозицією

step04-Вирівнювання та експозиція

крок05-Випікання після витримки

крок06-Розробка

крок07-Випікання після розробки

крок08-Вимірювання

1. Попередня обробка поверхні газової кремнієвої пластини

Перед фотолітографією кремнієва пластина проходить вологе очищення та промивання деіонізованою водою для видалення забруднень. Після очищення поверхню кремнієвої пластини потрібно гідрофобізувати, щоб посилити адгезію між поверхнею кремнієвої пластини та фоторезистом (як правило, гідрофобним). Під час гідрофобної обробки використовується матеріал під назвою гексаметилдисилазан з молекулярною формулою (CH3)3SiNHSi(CH3)3. Утворюється пара гексаметилдисилазану (HMDS). Ця попередня обробка газом схожа на використання ґрунтовки на деревині та пластику перед фарбуванням. Роль гексаметилдисилазану полягає в заміні гідрофільного гідроксилу (OH) на поверхні кремнієвої пластини гідрофобним гідроксилом (OH) за допомогою хімічної реакції. OSi(CH3)3. Для досягнення мети попередньої обробки

Температура попередньої обробки газу контролюється на рівні 200-250 градусів, а час зазвичай становить 30 с. Пристрій попередньої обробки газу підключено до доріжки пластини для обробки фоторезисту, і його базова структура показана на малюнку 7.10.

2. Фоторезист із спіненим покриттям, антибліковий шар

Після попередньої обробки газом на поверхню кремнієвої пластини необхідно нанести фоторезист. Найбільш широко використовуваним методом нанесення покриття є метод спінювання. Фоторезист (приблизно кілька мілілітрів) спочатку транспортується до центру кремнієвої пластини за допомогою трубопроводу, а потім кремнієва пластина обертається та поступово прискорюється, поки не стабілізується на певній швидкості (швидкість визначає товщину клею, а товщина обернено пропорційна квадратному кореню зі швидкості). Коли кремнієва пластина зупиняється, її поверхня в основному суха, а товщина стабільна на заданому розмірі. Рівномірність товщини покриття має бути в межах ±20Å ("Å, вимовляється як "ангстрем", є одиницею довжини у фізиці елементарних частинок. 1Å дорівнює
м, що становить одну десяту нанометра) на 45-нм або більш просунутих технологічних вузлах. Зазвичай існує три основні компоненти: фоторезист, органічна смола, хімічний розчинник і світлочутлива сполука (PAC).

Детальніше фоторезист буде розглянуто в розділі про фоторезист. У цьому розділі розглядаються лише основні параметри динаміки рідини. Процес нанесення покриття ділиться на три етапи:

① Транспортування фоторезисту;
② Прискорити обертання кремнієвої пластини до кінцевої швидкості;
③ Обертайте з постійною швидкістю, поки товщина не стабілізується на заданому значенні;
Кінцева товщина фоторезисту безпосередньо пов’язана з в’язкістю фоторезисту та кінцевою швидкістю обертання. В'язкість фоторезисту можна регулювати шляхом збільшення або зменшення хімічного розчинника. Механіка рідини спінового покриття була ретельно вивчена.

Високі вимоги до однорідності товщини фоторезисту можуть бути досягнуті шляхом повного контролю наступних параметрів:

① Температура фоторезисту;
② Температура навколишнього середовища;
③ Температура кремнієвої пластини;
④ Потік вихлопних газів і тиск модуля покриття;

Іншим завданням є те, як зменшити дефекти покриття. Практика показує, що використання наступного процесу дозволяє значно знизити виникнення дефектів.

(1) Сам фоторезист має бути чистим і вільним від частинок. Перед нанесенням покриття необхідно використовувати процес фільтрації, а розмір пор фільтра повинен відповідати вимогам технологічного вузла.

(2) Сам фоторезист не повинен містити змішаного повітря, оскільки бульбашки спричинять дефекти зображення. Бульбашки поводяться подібно до частинок.

(3) Конструкція чаші для покриття повинна структурно запобігати розбризкуванню викинутого фоторезисту.

(4) Насосна система для подачі фоторезисту повинна бути сконструйована таким чином, щоб мати можливість всмоктувати назад після кожної подачі фоторезисту. Функція зворотного всмоктування полягає у всмоктуванні надлишку фоторезисту з сопла назад у трубопровід, щоб уникнути капання надлишку фоторезисту на кремнієву пластину або висихання надлишку фоторезисту та спричинення зернистих дефектів під час наступної доставки. Зворотна дія всмоктування повинна регулюватися, щоб запобігти надходженню надлишку повітря в трубопровід.

(5) Роз’єднання краю пластини (Край Розчинник, який використовується в процесі видалення кульок (EBR), потрібно добре контролювати. Під час процесу нанесення покриття кремнієвих пластин фоторезист буде стікати до краю кремнієвої пластини та від краю За рахунок відцентрової сили на краю кремнієвої пластини утвориться коло із залишків фоторезисту у формі кульки, як показано на малюнку 7.11 Якщо його не видалити, це коло буде відшаровуватись і утворюватиме частки після висихання та потраплятиме на кремнієву пластину, інструмент для транспортування кремнієвої пластини та обладнання для обробки кремнієвої пластини, спричиняючи збільшення кількості дефектів. залишки фоторезисту на зворотній стороні кремнієвої пластини прилипають до платформи кремнієвої пластини (затискач пластини), спричиняючи погану адсорбцію кремнієвої пластини, викликаючи розфокусування експозиції та збільшуючи помилки накладання. Зазвичай у фоторезист встановлюється пристрій для видалення країв обладнання для нанесення покриттів. Функція видалення фоторезисту на певній відстані від краю кремнієвої пластини досягається обертанням кремнієвої пластини на краю кремнієвої пластини (одне сопло зверху і одне знизу, а положення сопла від край силіконової пластини регулюється).

(6) Після ретельного розрахунку було виявлено, що приблизно від 90% до 99% фоторезисту було отримано з кремнієвої пластини та витрачено. Люди намагалися попередньо обробити кремнієву пластину перед обертанням фоторезисту на кремнієвій пластині за допомогою хімічного розчинника під назвою пропіленгліколь метиловий ефір ацетат (молекулярна формула CH₃COOCH(CH3)CH3OCH3), PGMEA). Цей метод називається покриттям із зменшенням опору (RRC). Однак, якщо цей метод використовувати неправильно, виникнуть дефекти. Дефекти можуть бути пов’язані з хімічним впливом на поверхню RRC-фоторезист і забрудненням розчинника RRC аміаком у повітрі.

(7) Підтримуйте тиск вихлопу проявника або модуля проявника, щоб запобігти розбризкуванню дрібних крапельок проявника під час процесу проявлення, коли кремнієва пластина обертається.

Оскільки в’язкість фоторезисту змінюється з температурою, різну товщину можна отримати шляхом навмисної зміни температури кремнієвої пластини або фоторезисту. Якщо на різних ділянках кремнієвої пластини встановити різні температури, на кремнієвій пластині можна отримати різну товщину фоторезисту. Оптимальну товщину фоторезисту можна визначити за законом ширини лінії та товщини фоторезисту (крива коливання), щоб заощадити кремнієві пластини, машинний час і матеріали. Обговорення кривих коливання буде обговорено в наступних розділах. Спосіб і принцип нанесення антиблікового шару центрифугуванням однакові.

3. Попереднє випікання
Після нанесення фоторезисту на поверхню кремнієвої пластини її необхідно запекти. Мета запікання - вигнати майже всі розчинники. Це випікання називається «випіканням перед експозицією» або «попередньою випічкою», тому що воно виконується перед експозицією. Попереднє запікання покращує адгезію фоторезисту, покращує однорідність фоторезисту та контролює однорідність ширини лінії під час процесу травлення. У хімічно посиленому фоторезисті, згаданому в розділі 6.3, попереднє випікання також можна використовувати для зміни довжини дифузії фотокислоти до певної міри для налаштування параметрів вікна процесу. Типова температура та час попереднього випікання становлять 90-100 градусів, приблизно 30 с. Після попереднього випікання силіконова пластина буде переміщена з гарячої плити, яка використовується для випікання, на холодну, щоб повернути її до кімнатної температури для підготовки до етапу експонування.

4. Вирівнювання та експозиція
Етапи після попереднього випікання — це вирівнювання та виставлення. У методі проекційного експонування маска переміщується в попередньо визначене приблизне положення на кремнієвій пластині або в правильне положення відносно існуючого малюнка на кремнієвій пластині, а потім лінза переносить свій малюнок на кремнієву пластину за допомогою фотолітографії. Для близького або контактного впливу візерунок на масці буде прямо піддаватися впливу джерела ультрафіолетового світла на кремнієву пластину.

Для першого шару візерунків на кремнієвій пластині може бути відсутнім візерунок, і машина для фотолітографії переміщує маску відносно попередньо визначеного (метод диференціації мікросхем) приблизного положення на кремнієвій пластині (залежно від точності бічного розміщення кремнієвої пластини на платформі фотолітографічної машини, як правило, приблизно від 10 до 30 мкм).

Для другого шару та наступних візерунків апарат для фотолітографії повинен вирівняти позначку вирівнювання, залишену експозицією попереднього шару, щоб накласти маску цього шару на існуючий візерунок попереднього шару. Точність накладення зазвичай становить від 25% до 30% від мінімального розміру малюнка. Наприклад, у технології 90 нм точність накладення зазвичай становить від 22 до 28 нм (у 3 рази більше стандартного відхилення). Коли точність вирівнювання відповідає вимогам, починається експонування. Світлова енергія активує світлочутливі компоненти фоторезисту та запускає фотохімічну реакцію. Основними показниками для вимірювання якості фотолітографії, як правило, є роздільна здатність і однорідність критичного розміру (CD), точність накладення, а також кількість частинок і дефектів.

Основне значення точності накладення стосується точності вирівнювання (3σ) графіки між двома процесами фотолітографії. Якщо відхилення вирівнювання занадто велике, це безпосередньо вплине на вихід продукту. Для фотолітографічних машин високого класу постачальники загального обладнання нададуть два значення для точності накладення: одне — дворазова помилка накладення окремої машини, а інше — помилка накладання між двома пристроями (різними пристроями).

5. Випікання після витримки
Після завершення експонування фоторезист потрібно знову запекти. Оскільки це випікання відбувається після витримки, його називають «випіканням після витримки», скорочено як випікання після витримки (PEB). Метою додаткового запікання є повне завершення фотохімічної реакції шляхом нагрівання. Світлочутливі компоненти, що утворюються під час процесу експонування, будуть дифундувати під дією нагрівання та хімічно реагувати з фоторезистом, змінюючи матеріал фоторезисту, який був майже нерозчинним у рідині проявника, на матеріал, який розчиняється в рідині проявника, утворюючи візерунки, які є розчинними. у рідині проявника та нерозчинні в рідині проявника у плівці фоторезисту.

Оскільки ці візерунки узгоджуються з візерунками на масці, але не відображаються, їх також називають «прихованими зображеннями». Для хімічно підсилених фоторезистів надмірні температури випікання або надмірний час випікання призведуть до надмірної дифузії фотокислот (каталізаторів фотохімічних реакцій), що пошкоджує вихідний контраст зображення, тим самим зменшуючи рівномірність вікна процесу та ширину лінії. Детальне обговорення буде проведено в наступних розділах. Для справжнього відображення прихованого зображення необхідна розробка.

6. Розвиток
Після завершення пост-випічки кремнієва пластина перейде на етап розробки. Оскільки фоторезист після фотохімічної реакції є кислим, то в якості проявника використовується сильний лужний розчин. Як правило, використовується 2,38% водний розчин гідроксиду тетраметиламонію (TMAH) з молекулярною формулою (CH₃)₄NOH. Після того, як фоторезистна плівка пройшла процес проявлення, відкриті ділянки змиваються проявником, і візерунок маски відображається на фоторезистній плівці на кремнієвій пластині у вигляді увігнутих і опуклих форм з фоторезистом або без нього. Процес розробки зазвичай складається з наступних етапів:

(1) Попереднє розпилення (попереднє зволоження): розпиліть трохи деіонізованої води (DI вода) на поверхню кремнієвої пластини, щоб покращити адгезію проявника до поверхні кремнієвої пластини.

(2) Дозатор проявника (дозатор проявника): доставте проявник на поверхню кремнієвої пластини. Для того, щоб усі частини поверхні кремнієвої пластини якомога більше контактували з однаковою кількістю проявника, розробник розробив наступні методи. Наприклад, використовуйте форсунки E2, форсунки LD тощо.

(3) Залишення проявника на поверхні (калюжа): після того, як проявник розбризкується, він повинен залишатися на поверхні кремнієвої пластини протягом певного періоду часу, як правило, від десятків секунд до однієї-двох хвилин, щоб дозволити проявнику щоб повністю прореагувати з фоторезистом.

(4) Видалення та промивання проявника: після того, як проявник зупинився, проявник буде викинуто, а деіонізована вода буде розпорошена на поверхню кремнієвої пластини, щоб видалити залишки проявника та залишки фрагментів фоторезисту.

(5) Віджимання: кремнієва пластина обертається на високій швидкості, щоб відібрати деіонізовану воду з поверхні.

7. Випікання після прояву, випікання твердої плівки
Після проявлення, оскільки кремнієва пластина піддається впливу води, фоторезист поглинає трохи води, що не підходить для подальших процесів, таких як вологе травлення. Тому для видалення надлишку води з фоторезисту потрібне запікання твердої плівки. Оскільки більшість травлення зараз використовує плазмове травлення, також відоме як «сухе травлення», у багатьох процесах випікання твердої плівки було виключено.

8. Вимірювання
Після завершення експонування необхідно виміряти критичний розмір (коротко «Критичний розмір», CD), утворений літографією, і точність накладення (метрологія). Критичний розмір зазвичай вимірюється за допомогою скануючого електронного мікроскопа, тоді як точність накладення вимірюється за допомогою оптичного мікроскопа та детектора зображень із зарядовим зв’язком (CCD). Причина використання скануючого електронного мікроскопа полягає в тому, що ширина лінії в напівпровідниковому процесі зазвичай менша за довжину хвилі видимого світла, наприклад від 400 до 700 нм, а еквівалентна довжина хвилі електронного мікроскопа визначається прискорювальною напругою електрон. Згідно з принципами квантової механіки, довжина хвилі де Бройля електрона дорівнює

Де h (6,626×10^-³⁴Js) — постійна Планка, м (9,1×10^-³¹кг) — маса електрона у вакуумі, v — швидкість електрона. Якщо напруга прискорення дорівнює V, довжину хвилі де Бройля електрона можна записати як

Де q (1,609×10^-19в) це заряд електрона. Підставляючи числові значення, рівняння (7-7) можна приблизно записати як

Якщо напруга прискорення дорівнює 300В, довжина хвилі електрона становить 0,07 нм, чого достатньо для вимірювання ширини лінії. У реальній роботі роздільна здатність електронного мікроскопа визначається багаторазовим розсіюванням електронного променя в матеріалі і аберацією електронної лінзи. Зазвичай роздільна здатність електронного мікроскопа становить десятки нанометрів, а похибка вимірювання розміру лінії становить приблизно від 1 до 3 нм. Хоча точність накладення досягла нанометрового рівня, оскільки вимірювання накладення вимагає лише здатності визначити центральне положення більш товстої лінії, для вимірювання точності накладення можна використовувати оптичний мікроскоп.

На малюнку 7.12 (a) зображено знімок екрана вимірювання розміру, зробленого за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Білі подвійні лінії та відповідні стрілки на малюнку позначають цільовий розмір. Контраст зображення скануючого електронного мікроскопа формується за рахунок випромінювання та збору вторинних електронів, що утворюються в результаті електронного бомбардування. Можна побачити, що на краю лінії може бути зібрано більше вторинних електронів. В принципі, чим більше електронів зібрано, тим точніше вимірювання. Однак, оскільки вплив електронного променя на фоторезист не можна ігнорувати, фоторезист зменшиться після опромінення електронним пучком, особливо фоторезист 193 нм. Тому стає дуже важливим встановити баланс між вимірністю та мінімальними порушеннями.

Рисунок 7.12 (b) є типовою схематичною діаграмою вимірювання накладки, на якій товщина лінії зазвичай становить від 1 до 3 мкм, довжина сторони зовнішньої рамки зазвичай становить 20-30 мкм, а довжина сторони внутрішньої рамки зазвичай становить 10-20 мкм. . На цьому малюнку різні кольори або контрасти, відображені внутрішньою та зовнішньою рамками, пов’язані з відмінностями в кольорі та контрасті відбитого світла, спричиненими різною товщиною різних шарів тонких плівок. Вимірювання накладення досягається шляхом визначення просторової різниці між центральною точкою внутрішньої рамки та центральною точкою зовнішньої рамки. Практика показала, що за умови достатньої інтенсивності сигналу навіть оптичний мікроскоп може досягти точності вимірювання близько 1 нм.

Вікно процесу літографії та метод оцінки цілісності малюнка

Запас енергії експозиції, нормалізований логарифмічний нахил зображення (NILS)

У розділі 2 було зазначено, що запас енергії експозиції (EL) відноситься до максимально допустимого відхилення енергії експозиції в межах допустимого діапазону зміни ширини лінії. Це основний параметр для вимірювання процесу літографії.

На малюнку 7.13 (a) показано зміну літографічного малюнка залежно від енергії експозиції та фокусної відстані.

На малюнку 7.13 (b) показана двовимірна тестова модель розподілу з різними енергіями та фокусними відстанями на кремнієвій пластині. Це схоже на матрицю і також називається матрицею фокусування-експозиції (FEM).

Ця матриця використовується для вимірювання технологічного вікна процесу фотолітографії на одному або кількох шаблонах, таких як запас енергії та глибина фокусу. Якщо на маску додано спеціальні тестові шаблони, фокусно-енергетична матриця також може вимірювати інші параметри продуктивності, пов’язані з процесом та обладнанням, наприклад різні аберації лінзи літографічної машини, розсіяне світло (відблиски), коефіцієнт помилки маски, фотокислотну дифузію. довжина фоторезисту, чутливість фоторезисту, точність виготовлення маски тощо.

На малюнку 7.13 (a) сірий графік представляє морфологію поперечного перерізу фоторезисту (позитивного фоторезиста) після експонування та проявлення. Оскільки енергія експозиції продовжує зростати, ширина лінії стає все меншою і меншою. Зі зміною фокусної відстані змінюється також вертикальна морфологія фоторезисту. Давайте спочатку обговоримо зміни з енергією. Якщо фокусну відстань вибрано як -0.1μm, тобто проектована фокальна площина 0.1μm нижче верхньої частини фоторезисту. Якщо виміряти ширину лінії, коли вона змінюється з енергією, можна отримати криву, як показано на малюнку 7.14.

Якщо ми виберемо загальний допуск CD для ширини лінії як ±10% від ширини лінії 90 нм, тобто 18 нм, а нахил ширини лінії, що змінюється з енергією впливу, становить 6,5 нм/(мДж/см²), і оптимальна енергія впливу становить 20 (мДж/см²), тоді запас енергії EL становить 18/6,5/20=13,8%.

Чи достатньо? Це питання пов’язане з такими факторами, як міцність літографічної машини, здатність контролювати процес виробництва та вимоги пристрою до ширини лінії. Запас енергії також пов'язаний зі здатністю фоторезисту зберігати просторове зображення. Загалом, на вузлах 90 нм, 65 нм, 45 нм і 32 нм вимога до EL для літографії затворного шару становить від 15% до 20%, а вимога до EL для шару металевої проводки становить приблизно 13% до 15%.

Запас енергії також безпосередньо пов'язаний з контрастністю зображення, але зображення тут не просторове зображення з лінзи, а "приховане зображення" після фотохімічної реакції фоторезисту. Поглинання світла фоторезистом і виникнення фотохімічних реакцій вимагають дифузії світлочутливих компонентів у плівці фоторезисту. Дифузія, необхідна для цієї фотохімічної реакції, зменшить контрастність зображення. Контраст визначається як

Серед них U — еквівалентна інтенсивність світла «прихованого зображення» (насправді щільність світлочутливої ​​складової).

Для щільних ліній, якщо просторовий період P менший ніж λ /NA, тоді його еквівалентна інтенсивність світла просторового зображення U(x) повинна бути синусоїдальною, як показано на малюнку 7.15, яку можна записати як

Відповідно до визначення EL у поєднанні з формулою (7-10), як показано на малюнку 7.16, EL можна записати у вигляді наступного виразу, тобто

Для рівних рядків і пробілів CD=P/2. Є більш лаконічний та інтуїтивно зрозумілий вислів, а саме

Тобто, якщо dCD використовує загальний 10% CD, то контраст приблизно дорівнює EL в 3,2 рази. Нахил у формулі (7-11) дорівнює

Його також називають нахилом каротажу зображення (ILS). Через його прямий зв’язок із контрастністю зображення та EL він також використовується як важливий параметр для вимірювання вікна процесу літографії. Якщо його нормалізувати, тобто помножити на ширину лінії, можна отримати нормалізований логарифмічний нахил зображення (NILS), як визначено у формулі (7-15), тобто

Загалом U (x) означає просторове зображення, спроектоване лінзою на фоторезист, яке тут стосується «прихованого зображення» після фотохімічної реакції фоторезисту. Для щільних ліній із однаковим інтервалом CD=P/2, а просторовий період P менший за λ/NA, NILS можна записати як

Наприклад, для процесу пам’яті 90нм ширина лінії CD дорівнює 0.09 мкм, якщо контраст становить 50%, а просторовий період становить 0,18 мкм, тоді NILS дорівнює 1,57.

Глибина фокусування (метод вирівнювання)

Глибина фокусування (DOF) стосується максимального діапазону зміни фокусної відстані в межах дозволеного діапазону зміни ширини лінії. Як показано на малюнку 7.13, фоторезист буде змінювати не тільки ширину лінії, але й морфологію зі зміною фокусної відстані. Загалом, для фоторезистів із високою прозорістю, таких як фоторезисти 193 нм і фоторезисти 248 нм із високою роздільною здатністю, коли фокальна площина фотолітографічної машини має від’ємне значення, фокальна площина знаходиться близько до верхньої частини фоторезисту; коли співвідношення сторін більше 2.5-3, через велику ширину лінії в нижній частині фоторезисту може виникнути навіть «підріз», що може спричинити механічну нестабільність і перекидання. Коли фокальна площина має додатне значення, через велику ширину лінії у верхній частині канавки фоторезисту квадратні кути у верхній частині стають заокругленими (верхнє округлення). Це «верхнє округлення» може бути перенесено на морфологію матеріалу після травлення, тому слід уникати як «підрізання», так і «закруглення».

Якщо побудувати дані про ширину лінії на рисунку 7.13, буде отримано криву залежності ширини лінії від фокусної відстані при різних енергіях експозиції, як показано на малюнку 7.17.

Зміна ширини лінії з фокусною відстанню під енергією експозиції 16, 18, 20, 22, 24 також називається діаграмою Пуассона.

Якщо допустимий діапазон варіації ширини лінії обмежений ±9 нм, максимально допустиму варіацію фокусної відстані при оптимальній енергії експозиції можна знайти на малюнку 7.17. Мало того, оскільки в реальній роботі і енергія, і фокусна відстань змінюються одночасно, наприклад дрейф літографічної машини, необхідно отримати максимально допустимий діапазон зміни фокусної відстані за умови дрейфу енергії. Як показано на малюнку 7.17, певний допустимий діапазон варіації ширини лінії EL, наприклад ±5% як стандарт (EL=10%), можна використовувати для розрахунку максимально допустимого діапазону варіації фокусної відстані, який становить між 19 і 21 мДж/см2. Дані EL можна нанести на графік відносно допустимого діапазону фокусних відстаней, як показано на малюнку 7.18. Можна виявити, що в процесі 90нм, у діапазоні зміни 10% EL, максимальний діапазон глибини фокусування становить приблизно 0,30 мкм.

Чи достатньо? Взагалі кажучи, глибина фокусування пов’язана з апаратом для фотолітографії, наприклад точністю керування фокусом, включаючи стабільність фокальної площини апарата, кривизну поля лінзи, астигматизм, точність вирівнювання та площинність платформи кремнієвої пластини. . Звичайно, це також пов’язано з площинністю самої кремнієвої пластини та ступенем зменшення площинності, викликаного процесом хіміко-механічного сплющування. Для різних технологічних вузлів типові вимоги до глибини фокусу наведені в таблиці 7.1.

Оскільки глибина фокусування дуже важлива, вирівнювання, важлива частина літографічної машини, є дуже критичним. Найпоширенішим методом нівелювання в промисловості сьогодні є визначення вертикального положення z кремнієвої пластини та кутів нахилу R_xі Р_y
у горизонтальному напрямку, вимірявши положення світлової плями, відбитої похилим падаючим світлом на поверхні кремнієвої пластини, як показано на малюнку 7.19.

Реальна система набагато складніша, включаючи те, як розділити незалежні z, R_xі Ry. Оскільки ці три незалежні параметри необхідно вимірювати одночасно, одного пучка світла недостатньо (існує лише два ступені свободи для бокового зміщення), і потрібні принаймні два пучки світла.

Крім того, якщо необхідно виявити z, R_xі Р_yв різних точках зони експозиції або щілини необхідно збільшити кількість світлих плям. Зазвичай для зони експозиції може бути від 8 до 10 точок вимірювання. Однак цей метод вирівнювання має свої обмеження. Оскільки використовується косе падаюче світло, наприклад, кут падіння від 15 градусів до 20 градусів (або кут падіння від 70 градусів до 75 градусів відносно вертикального напрямку поверхні кремнієвої пластини), для таких поверхонь, як фоторезист і діоксид кремнію з при показнику заломлення білого світла приблизно 1,5 лише приблизно від 18% до 25% світла відбивається назад, як показано на малюнку 7.20, а решта приблизно від 75% до 82% світла, що потрапляє в детектор, проникне через поверхню прозорого середовища. . Ця частина пропущеного світла продовжуватиме поширюватися, доки не натрапить на непрозоре середовище або середовище, що відбиває, наприклад кремній, полікремній, метал або середовище з високим показником заломлення, наприклад нітрид кремнію, а потім відіб’ється.

Таким чином, «поверхня», фактично виявлена ​​системою вирівнювання, буде десь нижче верхньої поверхні фоторезисту. Оскільки задній кінець лінії (BEOL) в основному має відносно товстий оксидний шар, такий як різні діоксиди кремнію, буде певне відхилення фокусної відстані між переднім кінцем лінії (FEOL) і задній кінець, як правило, від 0.05 до 0,20 мкм, залежно від товщини прозорого середовища та відбивної здатності непрозорого середовища. Таким чином, на задній частині схема дизайну мікросхеми має бути максимально однорідною; в іншому випадку, через нерівномірний розподіл щільності візерунка, це спричинить помилки вирівнювання, що призведе до неправильної компенсації нахилу та призведе до розфокусування.

Зазвичай існує два режими вирівнювання фотолітографічних машин:

(1) Планарний режим: виміряйте висоту кількох точок на площі експозиції або всієї кремнієвої пластини, а потім знайдіть площину за методом найменших квадратів;

(2) Динамічний режим (ексклюзивно для скануючих фотолітографічних машин): динамічно вимірюйте висоту кількох точок у сканованій області щілини, а потім безперервно компенсуйте вздовж напрямку сканування. Звичайно, важливо знати, що зворотний зв’язок вирівнювання досягається шляхом переміщення платформи кремнієвої пластини вгору-вниз і нахилу вздовж напрямку без сканування. Його компенсація може бути лише макроскопічною, як правило, на міліметровому рівні. Крім того, у напрямку без сканування (напрямку X) його можна обробити лише відповідно до нахилу першого порядку, і будь-яка нелінійна кривизна (така як кривизна поля лінзи та деформація кремнієвої пластини) не може бути компенсована, як показано на малюнку 7.21. .

У динамічному режимі деякі літографічні апарати також можуть зупинити вимірювання вирівнювання для неповних ділянок опромінення (зйомки) або ділянок стружки на краю кремнієвої пластини (область опромінення з максимумом
може містити багато ділянок чіпа, які називаються матрицею), і використовуйте дані експозиції або вирівнювання площі чіпа навколо нього для епітаксії, щоб уникнути помилок вимірювання, спричинених надмірним відхиленням висоти та неповним шаром плівки на краю кремнієвої пластини. У літографічних машинах ASML ця функція називається «Circuit Dependent Focus Edge Clearance» (CDFEC).

Існує кілька основних факторів, які впливають на глибину фокусування: числова апертура системи, умови освітлення, ширина лінії малюнка, щільність малюнка, температура запікання фоторезисту тощо. Як показано на малюнку 7.22, відповідно до хвильової оптики , при найкращій фокусній відстані всі світлові промені, що зійшлися до фокусу, мають однакову фазу;

Однак у розфокусованому положенні світлові промені, що проходять через край лінзи, і світлові промені, що проходять через центр лінзи, проходять різними оптичними шляхами, і їх різниця становить (FF′- OF′). Коли числова апертура збільшується, різниця оптичного шляху також збільшується, і фактична інтенсивність фокусного світла в точці розфокусування стає меншою, або глибина фокусування стає меншою. За умов паралельного освітлення глибина фокусу (Релея) зазвичай визначається такою формулою, тобто

Де θ - максимальний кут розкриття лінзи, відповідний числовій апертурі NA. Коли NA відносно мала, її можна приблизно записати як

Можна побачити, що коли NA більша, глибина фокусу менша, а глибина фокусу обернено пропорційна квадрату числової апертури.

На глибину фокусування впливає не тільки числова апертура, але й умови освітлення. Наприклад, для щільної графіки з просторовим періодом, меншим за λ/NA, позаосьове освітлення збільшить глибину фокусу. Ця частина буде обговорюватися знову в розділі 7.1 розділу 7 з позаосьовим освітленням. Крім того, ширина лінії графіки також впливатиме на глибину фокусування. Наприклад, глибина фокусу маленької графіки зазвичай менша, ніж у грубої графіки. Це пояснюється тим, що кут дифракційної хвилі малої графіки відносно великий, а кут між їх збіжністю у фокальній площині відносно великий. Як зазначалося вище, глибина фокусування буде меншою. Крім того, температура запікання фоторезисту також певною мірою впливає на глибину фокусування. Більш високий ефект постекспонування (PEB) призведе до середнього контрасту просторового зображення у вертикальному напрямку (Z) у межах товщини фоторезисту, що призведе до збільшення глибини фокусу. Однак це відбувається за рахунок зменшення максимальної контрастності зображення.

Фактор помилки маски

Коефіцієнт помилки маски (MEF) або коефіцієнт посилення помилки маски (MEEF) визначається як часткова похідна від ширини лінії, відкритої на кремнієвій пластині, відносно ширини лінії маски. Коефіцієнт помилки маски в основному спричинений дифракцією оптичної системи та буде зростати через обмежену точність фоторезисту до просторового зображення. Фактори, що впливають на коефіцієнт помилки маски, включають умови освітлення, властивості фоторезисту, аберації лінз літографічної машини, температуру після запікання (PEB) тощо. За останнє десятиліття в літературі було багато повідомлень про дослідження факторів помилки маски. З цих досліджень можна побачити, що чим менший просторовий період або чим менший контраст зображення, тим більший коефіцієнт помилки маски. Для шаблонів, які набагато більші за довжину хвилі експозиції, або в так званому лінійному діапазоні, коефіцієнт помилки маски зазвичай дуже близький до 1. Для шаблонів, близьких до довжини хвилі або менших за неї, коефіцієнт помилки маски значно збільшиться . Однак, за винятком наступних особливих випадків, коефіцієнт помилки маски зазвичай становить не менше 1:

(1) Лінійна літографія з використанням маски змінного фазового зсуву може створити коефіцієнт помилки маски, значно менший за 1. Це пояснюється тим, що мінімальна інтенсивність світла в розподілі поля просторового зображення в основному спричинена фазовою мутацією на 180 градусів, спричиненою сусідньою фазовою зоною. . Зміна ширини металевої лінії на масці при мутації фази мало впливає на ширину лінії.

(2) Коефіцієнт помилки маски буде значно меншим за 1 поблизу малої компенсаційної структури в корекції ефекту оптичної близькості. Це пояснюється тим, що невеликі зміни основного візерунка не можуть бути точно ідентифіковані системою візуалізації з обмеженою роздільною здатністю, спричиненою дифракцією.

Зазвичай для просторово розширених візерунків, таких як лінії або канавки та контактні отвори, коефіцієнт помилки маски дорівнює або перевищує 1. Оскільки важливість коефіцієнта помилки маски полягає в його зв’язку з шириною лінії та вартістю маски, він стає дуже важливо обмежити його невеликим діапазоном. Наприклад, для затворного шару з надзвичайно високими вимогами до рівномірності ширини лінії коефіцієнт помилки маски зазвичай потрібно контролювати нижче 1,5 (для процесів 90 нм і ширших).

До недавнього часу отримання даних про коефіцієнти помилок маски вимагало чисельного моделювання або експериментальних вимірювань. Для чисельного моделювання досягнення певного ступеня точності вимагає покладання на досвід встановлення параметрів моделювання. Якщо необхідна інформація про розподіл факторів помилок маски у всьому просторі параметрів літографії, використання таких методів займе багато часу. Насправді, для зображення щільних ліній або канавок коефіцієнт помилки маски теоретично має аналітичне наближене вираження. За особливих умов, коли просторовий період p менший ніж λ /NA, а ширина лінії дорівнює ширині канавки, за умов кільцевого освітлення аналітичний вираз можна спростити та записати в наступній формі, тобто ,

+, - застосовні до канавок і ліній відповідно. Серед них σ – це параметр часткової когерентності (0＜σ ＜1), це коефіцієнт пропускання амплітуди в ослабленій масці зсуву фази (наприклад, для 6% ослабленої маски це 0).25 ), n — показник заломлення фоторезиста (зазвичай між 1,7 і 1,8), а a — еквівалентна довжина дифузії фотокислоти під пороговою моделлю (залежно від різних технологічних вузлів, зазвичай від 5 до 10 нм для 32 до вузлики від 45 нм до 70 нм для вузлів від 0,18 до 0,25 мкм).

Для маски змінного фазового зсуву (Alt-PSM) MEF має простіший вираз, а саме

Серед них просторовий період с<3λ / (2NA), CD refers to the line width on the silicon wafer, and δ refers to the line width on the mask. If we plot equation (7-21), we can get the result in Figure 7.23. It can be seen that MEF increases rapidly as the spatial period decreases, and increases as the photoacid diffusion length increases.

Якщо відомі всі параметри, окрім довжини дифузії фотокислоти у формулі (7-21), довжину дифузії фотокислоти можна отримати шляхом підгонки експериментальних даних. Результати показують, що після 40 секунд після запікання довжина дифузії фотокислоти певного типу 193 нм фоторезисту становить 27 нм; після 60 секунд після запікання довжина дифузії стає 33 нм. І завдяки точності даних, точність вимірювання довжини дифузії фотокислоти становить ±2 нм. Це на порядок вище, ніж точність попередніх методів вимірювання, як показано на малюнку 7.24. Коефіцієнт помилки маски також можна використовувати для розрахунку вимог до ширини лінії маски для рівномірності ширини лінії, а також для налаштування правил інтервалу двовимірної графіки в корекції ефекту оптичної близькості. Для двовимірної графіки з укороченими кінцями ліній, як показано на малюнку 7.25, через обчислення простої функції розповсюдження точок і певного ступеня наближення фотокислотної дифузії можна отримати майже аналітичну формулу для ефекту оптичної близькості кінців лінії: отримано, тобто

Де PSF — це функція розповсюдження точки, індекс «D» представляє дифузію фотокислоти, a представляє довжину дифузії фотокислоти, n=1, 2 відповідає умовам когерентного та некогерентного освітлення, а

Рівномірність ширини лінії

Рівномірність ширини лінії в напівпровідникових процесах зазвичай поділяється на: площу мікросхеми, область удару, область пластини, площу партії та зону партії. Фактори, що впливають на рівномірність ширини лінії, і загальний аналіз діапазону впливу наведені в таблиці 7.2. З таблиці 7.2 ми можемо знайти, що:

1) Як правило, проблеми, спричинені літографічними машинами та вікнами процесу, мають великий вплив.

(2) Проблеми, спричинені помилками виготовлення маски або ефектом оптичної близькості, зазвичай обмежуються зоною експозиції.

(3) Проблеми, викликані покриттям або підкладкою, зазвичай обмежуються кремнієвою пластиною.

Для пристроїв CMOS зазвичай потрібна рівномірність ширини лінії приблизно ±10% ширини лінії. Для воріт загальна точність контролю становить ±7%. Це пов’язано з тим, що в процесах нижче вузла 0,18 мкм зазвичай відбувається процес травлення «обрізання» ширини лінії після літографії та перед травленням, що додатково зменшує ширину лінії літографії до ширини лінії пристрою або близько до ширини лінії пристрою, що зазвичай становить 70% ширини лінії літографії. Оскільки контроль ширини лінії пристрою становить ±10%, ширина лінії літографії стає ±7%.

Існує багато способів покращити рівномірність ширини лінії літографії, наприклад, компенсувати розподіл енергії експозиції в розподілі освітлення літографічної машини на основі результатів вимірювання однорідності експозиції в області експозиції. Ця компенсація може бути досягнута на двох рівнях. Його можна компенсувати в машинних константах, які застосовуються до всіх умов освітлення, або його можна компенсувати в підпрограмі експозиції (дотримуючись певної програми експозиції). Таким чином, він може точно націлити певний рівень із суворими вимогами до однорідності. Його також можна покращити, проаналізувавши першопричину нерівномірної ширини лінії літографії. Наприклад, типовою проблемою є вплив різниці у висоті, викликаної структурою процесу на підкладці кремнієвої пластини, на рівномірність ширини лінії затвора. Наприклад, однорідність локальної ширини лінії (Local CD Variation, LCDV) затворного шару, розглянутого в [6], погіршуватиметься через коливання висоти підкладки. Це коливання показано на малюнку 7.28.

Зміни ширини лінії, викликані різницею висоти, показані на рисунках 7.29 і 7.30. Можна побачити, що в міру того, як різниця у висоті поступово зменшується, ширина лінії поступово зменшується до стабільного значення.

1. Покращення рівномірності ширини лінії в області мікросхеми або в графічній області
Оскільки на цей діапазон впливає багато факторів, обговорюються лише деякі основні методи.

(1) Покращення вікна процесу та оптимізація вікна процесу.

Для щільної графіки позаосьове освітлення можна використовувати для покращення як контрасту, так і глибини фокусу, а маски зсуву фази можна використовувати для покращення контрасту;

Для ізольованої графіки можна використовувати субдифракційні смуги розсіювання (SRAF), щоб покращити глибину фокусування ізольованої графіки;

Для напівізольованої графіки, тобто просторовий період менше ніж удвічі мінімальний просторовий період і трохи більший за мінімальний просторовий період, вікно процесу досягне майже складного стану, також відомого як «заборонений крок», як показано на малюнку 7.31

Як видно з рисунка 7.31, відносно мінімального просторового періоду 310 нм ширина лінії зменшується від 130 нм до приблизно 90 нм поблизу періоду 500 нм. Це (не показано тут) також передбачає значне зниження контрастності та глибини фокусування. Заборона просторового періоду викликана необхідністю підтримувати фіксовану мінімальну ширину лінії в літографії логічних схем, що призводить до серйозної нестачі контрасту в зображенні з нерівним інтервалом у різних просторових періодах або суміжних шаблонах. Це в основному викликано позаосьовим освітленням, яке накладає обмеження на напівщільну графіку. Зазвичай позаосьове освітлення має значну допомогу лише для мінімального періоду простору, але має певний негативний вплив на так звану «напівщільну» графіку за мінімального періоду простору та вдвічі більшого за мінімальний період простору. Щоб покращити вікно процесу протягом так званого забороненого періоду, позаосьовий кут позаосьового освітлення має бути належним чином зменшений для досягнення збалансованої рівномірності ширини лінії.

(2) Підвищення точності та надійності корекції ефекту оптичної близькості.

Основний процес корекції ефекту оптичної близькості такий: під час створення моделі спочатку розробіть деякі калібрувальні графіки на тестовій масці, як показано на малюнку 7.32. Потім розмір малюнка фоторезисту на кремнієвій пластині отримується шляхом експонування кремнієвої пластини, а потім модель калібрується (визначаються відповідні параметри моделі), і одночасно обчислюється величина корекції. Потім, на основі подібності між фактичним графіком і калібрувальним графіком, він коригується відповідно до моделі.

Точність корекції ефекту оптичної близькості залежить від таких факторів: точність вимірювання ширини лінії кремнієвої пластини, точність підгонки моделі, а також раціональність і надійність алгоритму корекції шаблону схеми моделі, наприклад, метод вибірки (фрагментації), щільність точки вибірки Select, правильний розмір кроку тощо. Для моделей фоторезистів зазвичай існують прості порогові моделі, включаючи гаусову дифузію (порогова модель із гаусовою дифузією) і моделі резистів зі змінним порогом. Перше передбачає, що фоторезист є вимикачем світла. Коли інтенсивність світла досягає певного порогу, швидкість розчинення фоторезисту в проявнику раптово змінюється. Останнє зумовлено відхиленням першого від експериментальних даних. Останній вважає, що фоторезист є складною системою, і його поріг реакції пов’язаний з максимальною інтенсивністю світла та градієнтом максимальної інтенсивності світла (що викличе спрямовану дифузію фоточутливого агента), і може бути нелінійною залежністю. Останнє також може описати деякі відхилення ширини лінії травлення на щільних і ізольованих візерунках. Звичайно, така модель фізично не може показати фізичне зображення дуже чітко. Взагалі кажучи, фізичне зображення порогової моделі плюс гауссової дифузії дуже чітке, і люди використовують його частіше, особливо в роботі з розробки та оптимізації процесу. З точки зору корекції ефекту оптичної близькості, оскільки необхідно побудувати модель з точністю до кількох нанометрів за дуже короткий час, додавання деяких додаткових параметрів, фізичне значення яких неможливо чітко пояснити, є неминучим і також є тимчасовим заходом.

Звичайно, оскільки процес фотолітографії продовжує розвиватися, модель корекції ефекту близькості фотолітографії продовжуватиме розвиватися та поглинати параметри з фізичним значенням. Щоб підвищити точність моделі, ви можете розширити репрезентативність графіків вимірювань, збільшивши кількість точок вимірювання (наприклад, у 3-5 разів), тобто покращивши графіки калібрування (вимірювання), як показано на малюнку 7.32. Така сама графіка схемотехніки в Кореляції та подібності в геометричних формах. Під час підгонки моделі спробуйте використовувати фізичні параметри та передати помилки підгонки інженеру з літографії для аналізу, щоб усунути можливі помилки. Корекція ефекту оптичної близькості буде детально розглянута в іншому розділі.

(3) Оптимізуйте товщину антиблікового шару.

Через різницю в показниках заломлення (значення n і k) між фоторезистом і підкладкою, частина світла освітлення відбиватиметься від межі розділу між фоторезистом і підкладкою, створюючи перешкоди падаючому світлу зображення. Якщо ця перешкода серйозна, вона може навіть спричинити ефект стоячої хвилі, як показано на малюнку 7.33 (c). На малюнку 7.33 (c) показано поперечний переріз фоторезиста i-line 365 нм або 248 нм. Оскільки відстань між піками стоячої хвилі дорівнює половині довжини хвилі, а показник заломлення n фоторезиста зазвичай становить близько 1,6–1,7 відповідно до кількості піків (~10), можна зробити висновок, що товщина фоторезисту становить приблизно від 0,7 до 1,2 мкм. Товщина фоторезисту 193 нм зазвичай менше 300 нм. Для усунення відбитого світла в нижній частині фоторезисту зазвичай використовується нижнє антиблікове покриття (BARC), як показано на малюнку 7.34 (a). На малюнку 7.34 (a) інтерфейс додається після додавання нижнього антиблікового шару. Фазу відбитого світла між антивідблискуючим шаром і підкладкою можна регулювати, регулюючи товщину антивідблискувального шару, щоб компенсувати відбите світло між фоторезистом і антивідблискуючим шаром, таким чином усуваючи відбите світло на нижня частина фоторезисту. Для антивідблискуючого шару, якщо потрібно досягти суворого противідблиску при товщині приблизно 1/4 довжини хвилі, показник заломлення n антивідблискуючого шару потрібно точно відрегулювати так, щоб він був між n_{Підкладка}і п_{Фоторезист}підкладки, тобто

(4) Оптимізація товщини та кривої зміни фоторезисту

Навіть з нижнім антибліковим шаром все ще залишатиметься певна кількість залишкового світла, відбитого від нижньої частини фоторезисту. Ця частина світла буде заважати світлу, відбитому від верхньої частини фоторезисту, як показано на рисунку 7.35 (a) і малюнку 7.35 (b). У міру зміни товщини фоторезисту фаза «відбитого світла 0» і «відбитого світла 1» періодично змінюється, таким чином викликаючи перешкоди. Перерозподіл енергії за допомогою інтерференції призведе до того, що енергія, що надходить у фоторезист, періодично змінюється зі зміною товщини фоторезисту, тому ширина лінії періодично змінюватиметься зі зміною товщини фоторезисту, як показано на малюнку 7.35 (b). Загалом існує кілька способів вирішення проблеми коливання ширини лінії залежно від товщини фоторезисту:

Оптимізуйте товщину та показник заломлення антиблікового шару (виберіть відповідний антибліковий шар)
Виберіть два шари проти відблиску (зазвичай один із них є неорганічним шаром проти відбиття, наприклад оксинітрид кремнію SiON)
Додайте верхнє антиблікове покриття (Top ARC, TARC), щоб видалити відбите світло на верхній частині фоторезисту
Однак додавання антиблікового шару зробить процес більш складним і дорогим. Коли вікно процесу все ще прийнятне, зазвичай вибирається товщина з найменшою шириною лінії. Це пояснюється тим, що коли товщина фоторезисту змінюється, ширина лінії стає більшою, а не меншою, так що вікно процесу різко зменшується.

2. Інші методи покращення рівномірності ширини лінії
Поліпшити рівномірність освітлення щілин, аберацію, фокусну відстань і контроль вирівнювання, точність синхронізації платформи та точність контролю температури літографічної машини; покращити рівномірність ширини лінії маски; покращити підкладку та зменшити вплив підкладки на літографію (зокрема збільшити глибину фокусування та покращити шар проти відблиску). Серед них у Розділі 4.2 згадується, що підвищення рівномірності шаблону проектування сприяє підвищенню точності вирівнювання та фактичному збільшенню глибини фокусування. Шорсткість країв візерунка зазвичай спричинена такими факторами:

(1) Внутрішня шорсткість фоторезисту: це пов’язано з молекулярною масою фоторезисту, розподілом молекулярної маси за розміром і концентрацією фотогенератора кислоти (PAG).

(2) Контраст швидкості розчинення прояву фоторезисту зі збільшенням інтенсивності світла: чим крутіша зміна швидкості розчинення з інтенсивністю світла поблизу порогової енергії, тим менша шорсткість, викликана частковим проявом.

(3) Чутливість фоторезисту: чим менше фоторезист покладається на постекспозиційне випікання (PEB), тим більшою буде шорсткість лінії. Випікання після витримки може усунути деякі нерівномірності.

(4) Контраст або енергетичний запас фотолітографічного зображення: чим більший контраст, тим вужча область, де проявляється край візерунка, і менша шорсткість. Зазвичай це виражається співвідношенням між шорсткістю ширини лінії та нахилом логарифму зображення (ILS).

Для хімічно підсилених фоторезистів кожна молекула фотокислоти, утворена фотохімічною реакцією, проходитиме каталітичну реакцію зняття захисту в діапазоні довжини дифузії з точкою генерації в центрі кола та радіусом як радіус. Загалом, для фоторезистів 193 нм довжина дифузії знаходиться в діапазоні від 5 до 30 нм. Чим більша довжина дифузії, тим краща шорсткість малюнка, коли контраст зображення залишається незмінним. Однак поблизу межі роздільної здатності, наприклад біля половинного кроку 45 нм, збільшення дифузійної довжини призведе до зменшення контрасту просторового зображення, а зменшення контрасту просторового зображення також призведе до збільшення шорсткості малюнка.

Швидкість розчинення фоторезисту зазвичай змінюється від дуже низького рівня до дуже високого рівня ступінчасто зі зміною інтенсивності світла. Якщо ця ступінчаста зміна крутіша, так звана зона «часткового розвитку», тобто область переходу в середині ступінчастої зміни, буде зменшена, тим самим зменшуючи шорсткість малюнка. Звичайно, занадто великий контраст розчинення також вплине на глибину фокусування. Для деяких фоторезистів 248 нм і 365 нм трохи менший контраст прояву може певною мірою збільшити глибину фокусування, як показано на малюнку 7.36.

Чим вища чутливість фоторезисту, тим коротша довжина дифузії фотокислот (чим вища точність повітряного зображення та вища роздільна здатність), оскільки такі фоторезисти, як правило, менше залежать від випікання після експонування, що може призвести до певного ступеня шорсткості візерунка. Однак, якщо одночасно збільшити концентрацію генератора фотокислоти, цю ситуацію можна покращити. Покращення контрастності зображення фоторезисту може зменшити шорсткість малюнка, як показано на малюнку 7.37.

Округлість контактних отворів і переходів схожа на шорсткість малюнка. Це також пов’язано з дифузією фотокислоти, концентрацією фотокислоти, просторовим контрастом зображення та контрастом фоторезисту. Ми не будемо обговорювати їх тут окремо.

Морфологія фоторезисту

Аномалії морфології фоторезисту включають кут нахилу бічної стінки, стоячу хвилю, втрату товщини, нижню основу, нижній розріз, Т-верхню частину, заокруглення зверху, шорсткість лінії, співвідношення сторін/шаблон, залишки знизу тощо. Ми обговоримо їх по черзі. , як показано на малюнку 7.38.

Кут бічної стінки: зазвичай це відбувається через те, що світло, що проникає в нижню частину фоторезисту, слабше, ніж світло вгорі (через поглинання світла фоторезистом). Загалом рішенням є зменшення поглинання світла фоторезистом, одночасно збільшуючи чутливість фоторезисту до світла. Цього можна досягти збільшенням додавання фоточутливих компонентів і посиленням каталітичного ефекту фотокислот у реакції зняття захисту (реакція дифузії-каталізу). Кут бічної стінки матиме певний вплив на травлення, а в важких випадках кут бічної стінки буде перенесено на протравлений матеріал підкладки.

Стояча хвиля: ефект стоячої хвилі можна ефективно усунути шляхом додавання антивідблискуючого шару та відповідного збільшення дифузії фотосенсибілізатора (наприклад, підвищення температури або часу після випічки для збільшення дифузії фотокислот).

Втрата товщини: оскільки верхня частина фоторезисту отримує найсильніше світло, а верхня частина піддається найбільшому впливу проявника, товщина фоторезисту буде певною мірою втрачена після завершення проявлення.

Основа: нижня основа зазвичай спричинена кислотно-лужним дисбалансом між фоторезистом і підкладкою (наприклад, нижнім шаром проти відблиску). Якщо підкладка є відносно лужною або гідрофільною, фотокислота буде нейтралізована або поглинена підкладкою, що призведе до порушення реакції зняття захисту в нижній частині фоторезисту. Рішення цієї проблеми, як правило, полягає у підвищенні кислотності підкладки, підвищенні температури випікання перед експозицією фоторезисту та антиблікового шару, щоб обмежити дифузію фотокислоти у фоторезист і в підкладку. Однак обмеження дифузії також вплине на інші властивості, такі як шорсткість візерунка, глибина фокусування тощо.

Підрізання: на відміну від нижньої основи, підрізання пов’язане з вищою кислотністю в нижній частині фоторезисту, а реакція зняття захисту в нижній частині вища, ніж в інших місцях. Рішення прямо протилежне описаному вище.

T-topping: T-topping спричинений лужними (основними) компонентами в повітрі на заводі, такими як аміак, аміак (аміак) і амінорганічні сполуки (амін), які проникають у верхню частину фоторезисту та нейтралізують частина фотокислоти, що призводить до більшої локальної ширини лінії у верхній частині, а у важких випадках це спричинить злипання лінії. Рішення полягає в тому, щоб суворо контролювати вміст лугу в повітрі в зоні фотолітографії, зазвичай менше ніж 20 ppb (часток на мільярд), і спробувати скоротити час від експонування до постекспонування.

Заокруглення верхньої частини: як правило, інтенсивність світла, що випромінюється на верхній частині фоторезисту, відносно велика. Коли контраст прояву фоторезисту не дуже високий, ця частина посиленого світла призведе до збільшення швидкості розчинення, таким чином спричиняючи округлення вершини.

Шорсткість по ширині лінії: шорсткість по ширині лінії обговорювалася раніше.

Співвідношення сторін/згортання шаблону: Співвідношення сторін обговорюється тому, що під час процесу проявлення проявник, деіонізована вода тощо генеруватимуть бічний натяг, утворений поверхневим натягом у шаблоні фоторезисту після проявлення, як показано на малюнку 7.39. Для щільних візерунків, оскільки натяг з обох сторін приблизно однаковий, проблема не надто велика. Однак для візерунка на краю щільного візерунка, якщо співвідношення сторін велике, він буде піддаватися односторонньому натягу. У поєднанні з порушенням високошвидкісного обертання під час процесу проявлення візерунок може зруйнуватися. Експерименти показують, що співвідношення висоти до ширини вище 3:1, як правило, є більш небезпечним.

Накип: причина накипу зазвичай полягає в тому, що нижній фоторезист не поглинає достатньо світла, що призводить до часткового розвитку. Щоб покращити роздільну здатність фоторезиста, необхідно мінімізувати довжину дифузії фотокислоти, а рівномірність просторового розвитку, спричинену дифузією фотокислоти, зменшити. Таким чином збільшується шорсткість простору. Загалом утворення піни знизу можна зменшити шляхом оптимізації умов освітлення, зміщення ширини лінії маски, температури й часу запікання для покращення просторового контрасту зображення та збільшення експозиції на одиницю площі.

Точність вирівнювання та накладання

Вирівнювання стосується реєстрації між шарами. Взагалі кажучи, точність накладання між шарами має становити близько 25%~30% від критичного розміру (мінімального розміру) кремнієвої пластини. Тут ми обговоримо наступні аспекти: процес накладання, параметри та рівняння накладання, позначки накладання, обладнання та технічні проблеми, пов’язані з накладанням, а також процеси, які впливають на точність накладання.
Процес накладення поділяється на створення позначки вирівнювання першого шару (або переднього шару), вирівнювання, рішення вирівнювання, компенсацію машини для фотолітографії, експозицію, вимірювання точності накладення після експозиції та обчислення наступного етапу компенсації вирівнювання, як показано на малюнку 7.40. . Мета накладення полягає в тому, щоб максимізувати перекриття координат на кремнієвій пластині з платформою кремнієвої пластини (тобто координати фотолітографічної машини). Для лінійної частини є чотири параметри: переклад (T_x, T_y), навколо вертикальної осі (Z), обертання (R) і збільшення (M). Між системою координат кремнієвої пластини (X_w, Y_w) і система координат фотолітографічної машини (X_M, Y_M):

X_M=T_X+M[X_{Ш кос}(R)-Y_{Ш гріх} (R)]